Summary

כימות תרומות הידיים והרגליים במהלך תרגילי ישיבה לעמידה בסיוע חשמלי חוזרים ונשנים במשותקים: מחקר פיילוט

Published: November 11, 2022
doi:

Summary

תרומת הזרועות ב-Sit-To-Stand (SitTS) נקבעת על פי מצב השרירים של הרגליים. מספר אסטרטגיות מפצות התגלו במאמצים להשיג מחזורי SitTS מלאים. ממצאים אלה משלשים את המדדים הביומכניים של אנשים הסובלים מפגיעה בחוט השדרה (SCI) עם תחושת העומס הסובייקטיבית שלהם הנישאים על ידי שתי הגפיים שלהם לאורך כל גישות ה-SitTS.

Abstract

ביצוע Sit-to-Stand (SitTS) בחולי פגיעה חלקית בחוט השדרה (SCI) כרוך בתפקוד מוטורי בגפיים העליונות והתחתונות. השימוש בתמיכת זרוע, בפרט, הוא גורם מסייע משמעותי בעת ביצוע תנועת SitTS באוכלוסיית SCI. בנוסף, היישום של גירוי חשמלי פונקציונלי (FES) על שרירי הארבע ראשי ושרירי gluteus maximus הוא אחד הניהול שנקבע עבור SCI לא שלם כדי לשפר את פעולת השרירים עבור תנועות פשוטות בגפיים התחתונות. עם זאת, התרומה היחסית של הגפיים העליונות והתחתונות במהלך ישיבה לא נחקרה לעומק. שני משותקי SCI מוטוריים לא שלמים ביצעו תרגיל SitTS חוזר ונשנה לאתגר עייפות. הביצועים שלהם נחקרו כמחקר מקרה-ביקורת בשיטה מעורבת המשווה SitTS עם וללא סיוע של FES. שלושה סטים של בדיקות SitTS הושלמו עם תקופת מנוחה של 5 דקות שהוקצתה בין סטים, עם חיישני מכנומיוגרפיה (MMG) מחוברים מעל שרירי פי הטבעת (rectus femoris) באופן דו-צדדי. התרגיל הופרד לשני מפגשים; יום 1 עבור SitTS מרצון ויום 2 עבור SitTS בסיוע FES. שאלונים נערכו לאחר כל מפגש כדי לאסוף את המשוב של המשתתפים על חוויית הישיבה החוזרת שלהם. הניתוח אישר כי מחזור SitTS יכול להיות מחולק לשלושה שלבים; שלב 1 (הכנה לעמידה), שלב 2 (מושב) ושלב 3 (התחלת הארכת מפרק הירך), שתרמו ל-23% ±-7%, 16% ±-4% ו-61% ±-6% ממחזור ה-SitTS, בהתאמה. תרומת הידיים והרגליים במהלך תנועת SitTS השתנתה אצל משתתפים שונים בהתבסס על דירוג השרירים של המועצה למחקר רפואי (MRC). בפרט, כוחות הזרוע המופעלים מתחילים לעלות בבירור כאשר כוחות הרגליים מתחילים לרדת במהלך עמידה. ממצא זה נתמך על ידי אות MMG מופחת באופן משמעותי המעיד על עייפות שרירי הרגליים ותחושת העייפות המדווחת שלהם.

Introduction

Sit-To-Stand (SitTS) היא תנועה משמעותית בפעילות חיי היומיום של האדם (ADL). זהו גם תנאי מוקדם לפעילויות תפקודיות בסיסיות כגון עמידה, העברה והליכה. עבור חולים עם פגיעה חלקית בחוט השדרה (SCI), משותקים בפרט, תרגיל SitTS הוא פעילות חיונית לעצמאותם התפקודית 1,2. תרגיל זה חיוני לאימוני עצמאות, אשר בסופו של דבר מסייע לאוכלוסיית SCI לשפר את איכות חייהם. על מנת לבצע תרגיל SitTS מספיק ומתאים, הידע לגבי הביומכניקה שלהם ופעילות השרירים צריך להיות מדיד במהלך האימון.

בתוכנית שיקום קלינית, לחולי SCI עם סולם ליקויים של האגודה האמריקאית לפגיעות בעמוד השדרה (ASIA), AIS C יש התקדמות טובה יותר וסיכוי טוב יותר לשחזר את תפקודם המוטורי מאשר אלה עם AIS B בדרגה B, שיש להם ליקויים מוטוריים מלאים. ביצועי SitTS ממלאים מדד חשוב אצל מטופלי SCI כדי לציין את הפונקציונליות המוטורית שלהם במהלך תהליך ההחלמה3. עם זאת, חולי SCI AIS C זקוקים לתמיכה הן מהגפיים העליונות והן מהגפיים התחתונות כדי להשיג סדרה מוצלחת של תנועות SitTS חוזרות ונשנות. תמיכת הגפיים העליונות ממלאת תפקיד חשוב בפריקת הברכיים תוך מתן כוחות הרמה נאותים והבטחת איזון הגוף במהלך התרגיל4.

מטרת מחקר זה היא לתאר את התרומות הביומכניות של ידיים ורגליים במהלך סיטות חוזרות ונשנות באנשים SCI לא שלמים. מחקר זה ממקם את הניתוח הביומכני ביחס לתחושה הסובייקטיבית של המשתתפים לגבי הידיים והרגליים, ביצועי השרירים ותחושות של “מאמץ ועייפות” במהלך תרגיל ה-SitTS.

מחקרי SitTS קודמים רבים התרכזו רק בחקירת ההיבטים הקינמטיים והקינטיים של הפעילות 4,5,6,7. בהקשר רחב יותר של אימון SitTS, פיתוח שיטה זו, הכוללת את מסגרת העמידה המכשורית (SF) וניתוח לוחית הכוח, יכול להוביל חוקרים להעריך את תרומת הגפיים העליונות והתחתונות של אוכלוסיות אחרות כגון שבץ, קשישים וחולים עם דלקת מפרקים ניוונית 8,9,10. מחקר קודם שנערך על ידי Zoulias et al., מכשור שנבנה במיוחד חומרה ותוכנה של SF הציג עיצוב מסגרת גדולה11. שיטה זו יכולה להיות מאתגרת לשכפול. לפיכך מחקר SitTS זה הדגיש SF מכשור נייד שיכול להיות מאומץ על ידי חוקרים אחרים עם מערך מעבדה קיים לניתוח תנועה.

Protocol

תרגיל SitTS והסכמה מדעת בכתב יד זה מתוארים תחת שיקול אתי על ידי ועדת האתיקה של המרכז הרפואי של אוניברסיטת מלאיה (2017119-4828)12. נהלי המחקר הוסברו בפירוט לכל משתתף, והסכמה מדעת בכתב התקבלה לפני תחילת ניסוי SitTS. מחקר זה נערך במצב מעורב, שבו התקבלו נתונים כמותיים באמצעות ניתוח ביומכני, וא?…

Representative Results

בסך הכל הושלמו 399 ו-463 ניסויי SitTS ללא ובעזרת FES בהתאמה. הניסויים שתרמו לכל קבוצה מוצגים בטבלה 2. המשתתפים יכלו לבצע יותר ניסויי SitTS עם נוכחות של גירוי חשמלי על רגליהם, כלומר, FES. בסך הכל, שני המשתתפים הצליחו לבצע יותר ניסויי SitTS בעזרת FES. זה מצביע על כך ש- FES מסייע בגירוי שריר הארבע ראשי של …

Discussion

המחקר הנוכחי הדגים תרומה למשקל הגוף אצל נבדקי SCI במהלך פעילות גופנית SitTS. מחקר זה הציג את SF כמכשיר עזר חיוני עבור משותקים כדי לבצע מחזור SitTS מוצלח. יתר על כן, SF מכשיר פותח כדי להבטיח שניתן יהיה להעריך גם את כוח הנשק28. היישום של MMG נוסף במחקר כדי לצפות בשריר SitTS ראשוני המסייע לחוקרי?…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

המחברים מודים ומעריכים את כל מתנדבי SCI שהשתתפו במחקר זה. מחקר זה נתמך על ידי משרד ההשכלה הגבוהה, מלזיה ואוניברסיטת מלאיה באמצעות תוכנית מענקי מחקר בסיסית (FRGS) מענק מס ‘. FP002-2020; FRGS/1/2020/SKK0/UM/02/1.

Materials

Customade chair A customade chair was built to following to the force plate's dimension.
FES RehaStim 2 Hasomed A device that can stimulate electrical current towards the muscle.
FlexiForce A201 Tekscan, Inc., USA Force ranges: 0-100 lbs. (440 N) Force sensors is used to capture arms force at standing frame.
Foldable standing frame Height: 70.0 cm – 90.0 cm. A walking frame that was bought from local medical company.
Motion Analysis Vicon Oxford, UK A system that records kinematic and kinetics of the activity.
Serial port terminal application CoolTerm version 1.4.6; Roger Meier's An application to record the force sensor data.
Vibromyography software BIOPAC System Inc., USA AcqKnowledge 4.3.1 A software to record and strore raw MMG data. It also function for offline analyses.
VMG transducers and BIOPAC Vibromyography system BIOPAC System Inc., USA BP150 and HLT100C A device to measure muscle activity.

References

  1. Nithiatthawanon, T., Amatachaya, P., Thaweewannakij, T., Manimmanakorn, N., Mato, L., Amatachaya, S. The use of lower limb loading ability as an indicator for independence and safety in ambulatory individuals with spinal cord injury. European Journal of Physical and Rehabilitation Medicine. 57 (1), 85-91 (2021).
  2. Chaovalit, S., Taylor, N. F., Dodd, K. J. Sit-to-stand exercise programs improve sit-to-stand performance in people with physical impairments due to health conditions: a systematic review and meta-analysis. Disability and Rehabilitation. 42 (9), 1202-1211 (2020).
  3. Tekmyster, G., et al. Physical therapy considerations and recommendations for patients following spinal cord stimulator implant surgery. Neuromodulation. , (2021).
  4. Kamnik, R., Bajd, T., Kralj, A. Functional electrical stimulation and arm supported sit-to-stand transfer after paraplegia: A study of kinetic parameters. Artificial Organs. 23 (5), 413-417 (1999).
  5. Bahrami, F., Riener, R., Jabedar-Maralani, P., Schmidt, G. Biomechanical analysis of sit-to-stand transfer in healthy and paraplegic subjects. Clinical Biomechanics. 15 (2), 123-133 (2000).
  6. Roy, G., Nadeau, S., Gravel, D., Piotte, F., Malouin, F., McFadyen, B. J. Side difference in the hip and knee joint moments during sit-to-stand and stand-to-sit tasks in individuals with hemiparesis. Clinical Biomechanics. 22 (7), 795-804 (2007).
  7. Crosbie, J., Tanhoffer, A., Fornusek, C. FES assisted standing in people with incomplete spinal cord injury: a single case design series. Spinal Cord. 52 (3), 251-254 (2014).
  8. Eitzen, I., Fernandes, L., Nordsletten, L., Snyder-Mackler, L., Risberg, M. A. Weight-bearing asymmetries during Sit-To-Stand in patients with mild-to-moderate hip osteoarthritis. Gait & Posture. 39 (2), 683-688 (2014).
  9. Petrella, M., Selistre, L. F. A., Serrao, P., Lessi, G. C., Goncalves, G. H., Mattiello, S. M. Kinetics, kinematics, and knee muscle activation during sit to stand transition in unilateral and bilateral knee osteoarthritis. Gait & Posture. 86, 38-44 (2021).
  10. Mao, Y. R., et al. The crucial changes of Sit-to-Stand phases in subacute stroke survivors identified by movement decomposition analysis. Frontiers in Neurology. 9, (2018).
  11. Zoulias, I. D., et al. Novel instrumented frame for standing exercising of users with complete spinal cord injuries. Scientific Reports. 9 (1), 13003 (2019).
  12. Abd Aziz, M., Hamzaid, N. A., Hasnan, N., Dzulkifli, M. A. Mechanomyography-based assessment during repetitive sit-to-stand and stand-to-sit in two incomplete spinal cord-injured individuals. Biomedical Engineering/Biomedizinische Technik. 65 (2), 175-181 (2020).
  13. Mazza, C., Benvenuti, F., Bimbi, C., Stanhope, S. J. Association between subject functional status, seat height, and movement strategy in sit-to-stand performance. Journal of the American Geriatrics Society. 52 (10), 1750-1754 (2004).
  14. Moore, J. L., Potter, K., Blankshain, K., Kaplan, S. L., O’Dwyer, L. C., Sullivan, J. E. A core set of outcome measures for adults with neurologic conditions undergoing rehabilitation: A clinical practice guideline. Journal of Neurologic Physical Therapy. 42 (3), 174-220 (2018).
  15. Abd Aziz, M., Hamzaid, N. A. FES Standing: The effect of arm support on stability and fatigue during Sit-to-Stand manoeuvres in sci individuals. International Conference for Innovation in Biomedical Engineering and Life Sciences. IFMBE Proceedings. 67, (2017).
  16. Plumlee, E., et al. Effects of ankle bracing on knee joint biomechanics during an unanticipated cutting maneuver. Conference Proceedings of the Annual Meeting of the American Society of Biomechanics. , 807-808 (2010).
  17. Estigoni, E. H., Fornusek, C., Hamzaid, N. A., Hasnan, N., Smith, R. M., Davis, G. M. Evoked EMG versus muscle torque during fatiguing functional electrical stimulation-evoked muscle contractions and short-term recovery in individuals with spinal cord injury. Sensors (Basel). 14 (12), 22907-22920 (2014).
  18. Hamzaid, N., Fornusek, C., Ruys, A., Davis, G. Development of an isokinetic FES leg stepping trainer (iFES-LST) for individuals with neurological disability. 2009 IEEE International Conference on Rehabilitation Robotics. , 480-485 (2009).
  19. Assess muscle effort with vibromyography. Sonostics Inc Available from: https://www.biopac.com/application-note/vibromyography-vmg-assess-muscles-effort/ (2019)
  20. Donovan-Hall, M. K., Burridge, J., Dibb, B., Ellis-Hill, C., Rushton, D. The views of people with spinal cord injury about the use of functional electrical stimulation. Artificial Organs. 35 (3), 204-211 (2011).
  21. Kagaya, H., et al. Restoration and analysis of standing-up in complete paraplegia utilizing functional electrical stimulation. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 76 (9), 876-881 (1995).
  22. Jeon, W., Hsiao, H. Y., Griffin, L. Effects of different initial foot positions on kinematics, muscle activation patterns, and postural control during a sit-to-stand in younger and older adults. Journal of Biomechanics. 117, 110251 (2021).
  23. Nadeau, S., Desjardins, P., Briere, A., Roy, G., Gravel, D. A chair with a platform setup to measure the forces under each thigh when sitting, rising from a chair and sitting down. Medical & Biological Engineering & Computing. 46 (3), 299-306 (2008).
  24. Lee, S. K., Lee, S. Y. The effects of changing angle and height of toilet seat on movements and ground reaction forces in the feet during sit-to-stand. Journal of Exercise Rehabilitation. 12 (5), 438-441 (2016).
  25. Camargos, A. C. R., Rodrigues-de-Paula-Goulart, F., Teixeira-Salmela, L. F. The effects of foot position on the performance of the sit-to-stand movement with chronic stroke subjects. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation. 90 (2), 314-319 (2009).
  26. Beck, T. W., et al. Comparison of Fourier and wavelet transform procedures for examining the mechanomyographic and electromyographic frequency domain responses during fatiguing isokinetic muscle actions of the biceps brachii. Journal of Electromyography and Kinesiology. 15 (2), 190-199 (2015).
  27. Lee, M. Y., Lee, H. Y. Analysis for Sit-to-Stand performance according to the angle of knee flexion in individuals with hemiparesis. Journal of Physical Therapy Science. 25 (12), 1583-1585 (2013).
  28. Chang, S. R., Kobetic, R., Triolo, R. J. Understanding stand-to-sit maneuver: Implications for motor system neuroprostheses after paralysis. Journal of Rehabilitation Research and Development. 51 (9), 1339-1351 (2014).
  29. Woods, B., Subramanian, M., Shafti, A., Faisal, A. A. Mechanomyography based closed-loop functional electrical stimulation cycling system. 2018 7th IEEE International Conference on Biomedical Robotics and Biomechatronics (Biorob. , (2018).
  30. Wessell, N., Khalil, J., Zavatsky, J., Ghacham, W., Bartol, S. Verification of nerve decompression using mechanomyography. Spine Journal. 16 (6), 679-686 (2016).
  31. Britton, E., Harris, N., Turton, A. An exploratory randomized controlled trial of assisted practice for improving sit-to-stand in stroke patients in the hospital setting. Clinical Rehabilitation. 22 (5), 458-468 (2008).

Play Video

Cite This Article
Abd Aziz, M., Hamzaid, N. A., Hasnan, N. Quantifying Arms and Legs Contributions during Repetitive Electrically-Assisted Sit-To-Stand Exercise in Paraplegics: A Pilot Study. J. Vis. Exp. (189), e63149, doi:10.3791/63149 (2022).

View Video